一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法
专利汇可以提供一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 煤 巷掘进自动化技术领域，特别是一种煤巷掘进机远程 可视化 系统及方法。本发明采用防爆三维激光 扫描仪 和激 光标 靶组合，提供高 精度 的掘进机 定位 及掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系；采用防爆MEMS惯性导航装置，提供高精度的掘进机 机身 与悬臂 姿态 信息；将采集的传感数据、音频 信号 、 视频信号 和掘进机机身与悬臂姿态信息与掘进机三维的各运动机构进行关联，提供真实的掘进机工作状态；采用4G网络加有线的组合式远程传输方式，快速传输数据，实现掘进机工况、 音频信号 、视频信号、掘进机与已掘进巷道的真实三维场景关系、掘进机在已掘进巷道下的 位姿 和运动状态的远程实时显示，为掘进机远程控制系统提供了真实直观的可视化界面。，下面是一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种煤巷掘进机远程可视化系统，其特征在于，系统包括三个子系统，第一信息采集系统，包括数据信息采集系统、视频信号采集系统、三维运动状态成像采集系统，第二信息传输系统，系统包括防爆信号转换箱、有线网络传输系统，第三信息远程可视化系统，包括远程控制台、防爆计算机、防爆光纤接线盒，防爆显示箱，所述数据信息采集系统，包括传感器组及防爆机载数据采集箱，所述视频信号采集系统，包括安装在机身上左中后侧不少于4路的防爆低照度摄像仪、防爆音视频采集箱，所述三维运动状态成像采集系统，包括掘进机初始定位信息采集系统和作业定向信息采集系统，掘进机初始定位信息采集系统包括激光标靶、防爆三维激光扫描仪，掘进机作业定向信息采集系统，包括防爆MEMS惯性导航装置C，防爆MEMS惯性导航装置D，所述有线网络传输系统，包括防爆基站、防爆电源箱，其中：
传感器组，包括安装在铲板升降油缸内的位移传感器A，用于测量铲板升降的距离；安装在左右后支撑油缸内的位移传感器B，用于测量后支撑与机身底部的距离；传感器组将铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离等测量信号传输至防爆机载数据采集箱；
防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，并将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
防爆电源箱，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供电源；
~
防爆基站，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换箱传~
输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为n，n≥300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱；
防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
2.如权利要求1所述的煤巷掘进机远程可视化系统，其特征在于，所述视频信号采集系统还包括安装在机身上左中后侧不少于2路的防爆拾音器，所述第三信息远程可视化系统还包括防爆音箱；防爆拾音器用于采集掘进机实时工况的音频信号，并将音频信号传输至防爆音视频采集箱，所述防爆音视频采集箱，还用于接收防爆拾音器传输的音频信号，并将音频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱，所述防爆信号转换箱，还用于接收防爆音视频采集箱传输的音频信号，将所接收的音频信号转换成4G信号传输至防爆基站，所述防爆计算机还用于从工业以太网信息中运算得到音频信号并将音频信号传输至防爆音箱，防爆音箱安装在远程控制台，用于接收防爆计算机传输的音频信号，并进行实时的音频播放。
3.如权利要求1所述的煤巷掘进机系统的可视化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，掘进机及可视化系统上电，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D通电静止保持5 10分钟；
~
步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
步骤4，采集视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
一种煤巷掘进机远程可视化系统及方法
技术领域
背景技术
发明内容
防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，并将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
防爆电源箱，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供电源；
~
防爆基站，设置在掘进机后方50 100米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换箱传~
输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为n，n≥300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱；
防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
~
步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
步骤4，采集视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，将视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱；
步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号。
附图说明
具体实施方式
传感器组，包括安装在铲板升降油缸内的位移传感器A，用于测量铲板升降的距离；安装在左右后支撑油缸内的位移传感器B，用于测量后支撑与机身底部的距离；传感器组将铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离等测量信号传输至防爆机载数据采集箱；
防爆机载数据采集箱，用于接收传感器组传输的测量信号，并将测量信号转换为物理量信号，传输至防爆信号转换箱；
防爆低照度摄像仪，用于采集掘进机实时工况的视频信号，并将视频信号传输至防爆音视频采集箱；
防爆拾音器，用于采集掘进机实时工况的音频信号，并将音频信号传输至防爆音视频采集箱；
防爆音视频采集箱，用于接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号，防爆拾音器采集的掘进机实时工况的音频信号，并将视频信号、音频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
激光标靶，安装在掘进机后方的已掘进巷道侧帮，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于为防爆三维扫描仪提供自身在已掘进巷道的坐标信息；
防爆三维激光扫描仪，安装在掘进机机身顶部，且在已掘进巷道的前后区域都没有遮挡的位置，用于扫描激光标靶，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置，采集已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
防爆MEMS惯性导航装置C安装在掘进机机身，防爆MEMS惯性导航装置D安装在掘进机悬臂，防爆MEMS惯性导航装置均用于接收防爆三维激光扫描仪传输的已掘进巷道绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，并将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，防爆MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，并将掘进机悬臂姿态信息传输至防爆信号转换箱；
防爆信号转换箱，用于接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的视频信号、音频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置传输的掘进机悬臂姿态信息和掘进机机身姿态信息，将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
防爆电源箱，设置在掘进机后方80米已掘进巷道侧帮，用于为防爆基站提供电源；
防爆基站，设置在掘进机后方80米已掘进巷道侧帮，用于接收防爆信号转换箱传输的
4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
远程控制台，设置在掘进机后方的已掘进巷道处，与掘进机距离为300米，用于安装防爆光纤接线盒、防爆计算机、防爆显示箱，防爆音箱；
防爆光纤接线盒，用于接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
防爆计算机，用于接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、视频信号、音频信号掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，进一步得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱，将音频信号传输至防爆音箱；
防爆显示箱，用于接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号；
防爆音箱，用于接收防爆计算机传输的音频信号，并进行音频信号播放。
步骤2，采集掘进机初始位置，防爆三维激光扫描仪对激光标靶进行扫描，获得激光标靶坐标信息，继而得到掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，得到掘进机初始位置；
步骤3，防爆三维激光扫描仪扫描已掘进巷道不同角度下的三维点云数据，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息传输给防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D，将掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及采集的三维点云数据传输至防爆信号转换箱；
步骤4，采集音频、视频信号，防爆低照度摄像仪采集掘进机实时工况的视频信号，再将视频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆拾音器采集掘进机实时工况的音频信号，再将音频信号传输至防爆音视频采集箱；防爆音视频采集箱接收防爆低照度摄像仪传输的视频信号和防爆拾音器传输的音频信号，将音频信号、视频信号通过工业以太网打包传输至防爆信号转换箱；
步骤5，采集测量信号，位移传感器A采集铲板升降距离的信号，位移传感器B采集后支撑与机身底部距离的信号，传感器A及传感器B将采集的测量信号传输至防爆机载数据采集箱，防爆机载数据采集箱接收测量信号后将测量信号转换为物理量信号，然后将物理信号传输至防爆信号转换箱；
步骤6，采集作业定向信息，防爆MEMS惯性导航装置C和防爆MEMS惯性导航装置D接收掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息，防爆MEMS惯性导航装置C采集掘进机作业状态下掘进机机身的姿态信息，将掘进机机身姿态信息传输至防爆信号转换箱，MEMS惯性导航装置D采集掘进机作业状态下掘进机悬臂的姿态信息，将掘进机悬臂的姿态信息传输防爆信号转换箱；
步骤7，防爆信号转换箱接收防爆机载数据采集箱传输的物理量信号、防爆音视频采集箱传输的音频信号和视频信号、防爆三维激光扫描仪传输的掘进机在已掘进巷道的绝对坐标信息及三维点云数据、防爆MEMS惯性导航装置C传输的掘进机机身姿态信息、防爆MEMS惯性导航装置D传输的掘进机悬臂的姿态信息，防爆信号转换箱将所有接收的信息转换成4G信号后传输至防爆基站；
步骤8，防爆基站接收防爆信号转换箱传输的4G信号，并将4G信号转换成工业以太网信息通过光纤传输至防爆光纤接线盒；
步骤9，防爆光纤接线盒接收防爆基站传输的工业以太网信息，并将其传输至防爆计算机；
步骤10，防爆计算机接收防爆光纤接线盒传输的工业以太网信息，从工业以太网信息中运算得到铲板升降的距离、后支撑与机身底部距离、音频信号、视频信号、掘进机作业时与其初始位置的距离、初始位置及已掘进巷道三维模型、掘进机悬臂姿态信息、掘进机机身姿态信息，通过三维模型拼接软件将所有提取的信息与掘进机的三维运动机构进行关联，得到掘进机在已掘进巷道中的运动状态，将已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号传输至防爆显示箱，将音频信号传输至防爆音箱；
步骤11，防爆显示箱接收和显示防爆计算机传输的已掘进巷道三维模型、掘进机在已掘进巷道中的运动状态、视频信号；
步骤12，防爆音箱，接收和播放防爆计算机传输的音频信号。
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